1. lecke. Az autók mechatronikájának áttekintése, főbb fogalmak

A mechatronika autóban betöltött szerepének és a mechatronikai rendszerek autókban használt fajtáinak megismerése.

A hallgató legyen képes:
- felsorolásból kiválasztani a jármű mechatronikai egységeit,
- felsorolásból kiválasztani, hogy miért mechatronikai rendszer az autó
- szabadkézzel lerajzolni egy autó mechatronikai rendszerének elvi blokkdiagramját.

A tananyag elsajátításához körülbelül 30 percre lesz szüksége.

- Mechatronika
- Gépészet
- Villamosság és elektronika
- Számítástechnika-informatika
- Járműszerkezetek

Tevékenység:
jegyezze meg a mechatronika fogalmát!
Mechatronika = gépészet+villamosság+elektronika+informatika+irányítástechnika
A mechatronika a gépészet, az elektronika és a számítógépes irányítás egymás hatását erősítő integrációja. (EU-definíció)

1. ábra. A mechatronika elemei
jegyezze meg a mechatronika fogalmát!
Mechatronika = gépészet+villamosság+elektronika+informatika+irányítástechnika
A mechatronika a gépészet, az elektronika és a számítógépes irányítás egymás hatását erősítő integrációja. (EU-definíció)

1. ábra. A mechatronika elemei
Gépészet: mechanika, áramlástechnika, hidraulika, pneumatika, pirotechnika
Elektrotechnika: hajtások, aktuátorok, villamos hálózat
Elektronika: jeladók, kisfeszültségű hálózatok, erősítők, analóg rendszerek
Informatika: hardver és szoftver
Irányítástechnika: szabályzás és vezérlés, kommunikáció
Tevékenység:
szabadkézzel rajzolja le az alábbi ábrát, tanulja meg a különböző színnel jelölt egységek nevét és kapcsolataikat!

2. ábra. A jármű mechatronikai rendszerének elvi blokkdiagramja
Elektrotechnika: hajtások, aktuátorok, villamos hálózat
Elektronika: jeladók, kisfeszültségű hálózatok, erősítők, analóg rendszerek
Informatika: hardver és szoftver
Irányítástechnika: szabályzás és vezérlés, kommunikáció
Tevékenység:
szabadkézzel rajzolja le az alábbi ábrát, tanulja meg a különböző színnel jelölt egységek nevét és kapcsolataikat!

2. ábra. A jármű mechatronikai rendszerének elvi blokkdiagramja
A járműben számos hasonló felépítésű mechatronikai rendszer van. Ezekbe a rendszerekbe a felhasználó a gépészeten vagy az elektronikus egységen keresztül avatkozik be (2. ábra, zöld nyíl). Az eredményt jelentő végrehajtás (piros nyíl) a gépészeti illetve a villamos rendszerben történik. A folyamatban a szabályzás, irányítás az informatikai egységben zajlik, amit az elektronika csatol a villamos és gépészeti elemekhez (szürke nyilak). Az egyes informatikai egységek a BUS rendszeren kommunikálnak egymással (sárga nyilak)
A járműben nagy mechatronikai rendszer (sárga négyszög) pl. a motor és az automatikus kapcsolású sebességváltó. A fenti ábra szerinti séma ezekre is vonatkoztatható: a motor elektronikai rendszerébe az elektronikus gázpedálon (e-gáz) keresztül (zöld nyíl) avatkozik be a gépkocsivezető, aminek az elektronika által átalakított jelét az informatikai rendszer feldolgozza, és más jeladók jelével együtt felhasználja a megfelelő időzítésű és mennyiségű tüzelőanyag hengerbe juttatására. A motor vezérlőegység (ECU) kommunikációs (CAN-BUS) kapcsolatban van (sárga nyíl) a sebességváltó vezérlővel (TCU) amely a sebességváltó belső jelei, az előválasztó kar és a motorból érkező információk alapján kapcsolja a megfelelő sebességi fokozatot. Mindkét egység eközben a BUS hálózaton (sárga nyíl) jeleket kap és ad a többi járműrendszernek: fékberendezésnek, kormánynak stb, amelyeket további blokkok (sárga négyszögek) reprezentálhatnak.
Mivel a teljes mechatronikai rendszert az elektronika „élteti”, ez áll a rendszer központjában, a mechatronikát sokszor azonosítják az elektronikával, illetve minden olyan rendszert, amelyben elektronika van, mechatronikának neveznek. Ez azt jelenti, hogy a mechatronikai rendszerekben jelenleg az elektronika a legfontosabbnak tartott egység, ennek a fejlesztése történt a legintenzívebben a járműtechnika legutóbbi korszakában.
Teljes autóelektronikai rendszer látható a 3. ábrán.

3. ábra Elektronikát tartalmazó egységek az autóban
A járműben nagy mechatronikai rendszer (sárga négyszög) pl. a motor és az automatikus kapcsolású sebességváltó. A fenti ábra szerinti séma ezekre is vonatkoztatható: a motor elektronikai rendszerébe az elektronikus gázpedálon (e-gáz) keresztül (zöld nyíl) avatkozik be a gépkocsivezető, aminek az elektronika által átalakított jelét az informatikai rendszer feldolgozza, és más jeladók jelével együtt felhasználja a megfelelő időzítésű és mennyiségű tüzelőanyag hengerbe juttatására. A motor vezérlőegység (ECU) kommunikációs (CAN-BUS) kapcsolatban van (sárga nyíl) a sebességváltó vezérlővel (TCU) amely a sebességváltó belső jelei, az előválasztó kar és a motorból érkező információk alapján kapcsolja a megfelelő sebességi fokozatot. Mindkét egység eközben a BUS hálózaton (sárga nyíl) jeleket kap és ad a többi járműrendszernek: fékberendezésnek, kormánynak stb, amelyeket további blokkok (sárga négyszögek) reprezentálhatnak.
Mivel a teljes mechatronikai rendszert az elektronika „élteti”, ez áll a rendszer központjában, a mechatronikát sokszor azonosítják az elektronikával, illetve minden olyan rendszert, amelyben elektronika van, mechatronikának neveznek. Ez azt jelenti, hogy a mechatronikai rendszerekben jelenleg az elektronika a legfontosabbnak tartott egység, ennek a fejlesztése történt a legintenzívebben a járműtechnika legutóbbi korszakában.
Teljes autóelektronikai rendszer látható a 3. ábrán.

3. ábra Elektronikát tartalmazó egységek az autóban
Mechatronikai rendszerek, önálló informatikával rendelkező egységek:
- Kormányrendszer= EAPS (Electric Assist Power Steering) steer-by-wire=mechanikus kormánykerék-kormányzott kerék kapcsolat nélküli kormányberendezés
- CVT (Continously Variable Transmission) =folyamatosan változtatható áttételű automatikus hajtómű
- Aktív kerékfelfüggesztés=Active Suspension
- Elektronikusan vezérelt fék=Electric Brake
Nem önálló mechatronikai rendszerek, a motor elektronikus egységei:
jegyezze meg, mikor tekintünk egy szerkezeti egységet mechatronikai rendszernek!
A járműben lévő különböző mechatronikai rendszerek:
Ezek a rendszerek tartalmazzák a négy mechatronikai alapelemet: gépészet, villamosság, elektronika, informatika.
Például a jármű energiaforrása a belsőégésű motor azért mechatronikai rendszer, mert az alapja egy gép (gépészet) amelyet egy informatikai rendszerrel vezérelünk (ECU). Ez szoftverből és hardverből áll, ahol a hardver elektronika. Szintén elektronikus egységek a jeladók, és a hozzájuk tartozó áramkörök. Az aktuátorok (pl. fojtószelep motor) nagyfeszültségű és nagy teljesítményű motorok, mágneses, hidraulikus, pneumatikus mozgatók, amelyek főként a villamos rendszer részei, de vannak kapcsolódó gépészeti és elektronikus egységei. Tehát egy korszerű motor tartalmazza a mechatronikai egységek mindegyikét és ezek szabályozottan működnek a motorban.
Nem tekinthetők mechatronikai egységnek a csak egyes rendszerelemeket tartalmazó fődarabok: mechanikus befecskendezővel rendelkező egyszerű belsőégésű motorok, kézi sebességváltó, kardántengely, féltengely, visco kupplung, hidraulikusan működtetett fékberendezés, légfékrendszer, a mechanikus elemekből álló kerékfelfüggesztés-rugózás, kúpkerekes differenciálmű, hidraulikus szervokormány stb, mivel hiányzik belőlük a négy egység közül valamelyik: általában leginkább az elektronika és az informatika.
Fontos, hogy a járműben lévő mechatronikai rendszerek, mivel különböző helyeken és céllal fejlesztették ki őket, sok tekintetben eltérnek egymástól, és emiatt megtanulásuk, elvi megközelítésük is különböző módon történik. Ez egyértelműen látszik a későbbi leckékben, amelyek egyes autómechatronikai rendszerek bemutatására törekednek.
- villamos hűtőszivattyú=Electric Water Pump
- befecskendező rendszer=Direct Fuel Injection
- starter-generátor=Crankshaft Starter Generator
- változtatható szelepvezérlés=Electric Valve Control
- villamos klíma kompresszor=Electric AC(air condition) Compressor
- nagy feszültségű inverter=42V Converter
jegyezze meg, mikor tekintünk egy szerkezeti egységet mechatronikai rendszernek!
A járműben lévő különböző mechatronikai rendszerek:
- Fődarabok (motor, automata sebességváltó, szabályzott összkerékhajtás, aktív futómű, blokkolásgátló, villamos szervokormány,)
- Teljes jármű rendszerek (villamos-elektronikai rendszer, BUS, járművezérlés és szabályozások, stabilizáló rendszerek, navigáció, intelligens jármű)
- Használati és komfort berendezések (ajtó, ablak zár, szélvédő mosó, törlő, fényszóró mozgatás, ülésmozgatás stb.)
- Passzív biztonság berendezései (biztonsági öv, légzsák, fődarab mozgató stb. rendszerek)
Például a jármű energiaforrása a belsőégésű motor azért mechatronikai rendszer, mert az alapja egy gép (gépészet) amelyet egy informatikai rendszerrel vezérelünk (ECU). Ez szoftverből és hardverből áll, ahol a hardver elektronika. Szintén elektronikus egységek a jeladók, és a hozzájuk tartozó áramkörök. Az aktuátorok (pl. fojtószelep motor) nagyfeszültségű és nagy teljesítményű motorok, mágneses, hidraulikus, pneumatikus mozgatók, amelyek főként a villamos rendszer részei, de vannak kapcsolódó gépészeti és elektronikus egységei. Tehát egy korszerű motor tartalmazza a mechatronikai egységek mindegyikét és ezek szabályozottan működnek a motorban.
Nem tekinthetők mechatronikai egységnek a csak egyes rendszerelemeket tartalmazó fődarabok: mechanikus befecskendezővel rendelkező egyszerű belsőégésű motorok, kézi sebességváltó, kardántengely, féltengely, visco kupplung, hidraulikusan működtetett fékberendezés, légfékrendszer, a mechanikus elemekből álló kerékfelfüggesztés-rugózás, kúpkerekes differenciálmű, hidraulikus szervokormány stb, mivel hiányzik belőlük a négy egység közül valamelyik: általában leginkább az elektronika és az informatika.
Fontos, hogy a járműben lévő mechatronikai rendszerek, mivel különböző helyeken és céllal fejlesztették ki őket, sok tekintetben eltérnek egymástól, és emiatt megtanulásuk, elvi megközelítésük is különböző módon történik. Ez egyértelműen látszik a későbbi leckékben, amelyek egyes autómechatronikai rendszerek bemutatására törekednek.

1. Jelölje meg, hogy az alábbiak közül melyik mechatronikai egység!
Hidraulikus működtetésű tárcsafék. | |
Közvetlen befecskendezésű Otto-motor.
| |
Kézi kapcsolású sebességváltó. | |
Kúpkerekes differenciálmű. | |
Indító motor.
| |

2. Jelölje meg, miért mechatronikai rendszer az autó!
Mert digitális műszerfala van. | |
Mert az informatikai, villamos és elektronikai rendszerek gépészeti rendszerbe vannak beágyazva. | |
Mert van benne elektronika.
| |

3. Rajzolja meg egy autó mechatronikai rendszerének elvi blokkdiagramját!